系統(tǒng)開環(huán)頻率特性和系統(tǒng)性能的關(guān)系.ppt
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,4.6系統(tǒng)開環(huán)頻率特性與系統(tǒng)性能的關(guān)系,本節(jié)內(nèi)容,低頻段與穩(wěn)態(tài)精度,高頻段與穩(wěn)態(tài)性能,中頻段與穩(wěn)態(tài)性能,1,2,3,1.動態(tài)性能指標2.一階、二階階躍響應(yīng)分析3.放大系數(shù)與穩(wěn)態(tài)誤差的關(guān)系,本節(jié)課要解決的問題,1.利用伯德圖討論頻率特性與時域指標間的關(guān)系?2.設(shè)計一個合理的控制系統(tǒng)需要滿足哪些要求?,引入:開環(huán)頻率特性的三個頻段,1)低頻段特性曲線在對數(shù)頻率特性圖中,低頻段通常是指L()曲線在第一個轉(zhuǎn)折頻率以前的區(qū)段。此段的特性由開環(huán)傳遞函數(shù)中的積分環(huán)節(jié)和開環(huán)放大系數(shù)決定。設(shè)低頻段對應(yīng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為,對應(yīng)低頻段開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線:,放大系數(shù)K與低頻段高度的關(guān)系:,2)低頻段特性與穩(wěn)態(tài)精度系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度,即穩(wěn)態(tài)誤差ess的大小,取決于系統(tǒng)的放大系數(shù)K(開環(huán)增益)和系統(tǒng)的型別(積分個數(shù))。積分個數(shù)決定著低頻漸近線的斜率;放大系數(shù)K決定著漸近線的高度。0型系統(tǒng):=0時,L()=20lgK。型系統(tǒng):=1時,L()=20lgK-20lg。型系統(tǒng):=2時,L()=20lgK-40lg。,結(jié)論:開環(huán)對數(shù)幅頻特性的低頻漸近線斜率越大(指絕對值)、位置越高,對應(yīng)的開環(huán)系統(tǒng)積分個數(shù)越多、放大倍數(shù)越大,其系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小、穩(wěn)態(tài)精度越高。,1)中頻段特性曲線中頻段是指L()線在穿越頻率c附近的區(qū)域。對于最小相位系統(tǒng)(即開環(huán)傳遞函數(shù)中無右極點),若開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線的斜率為-20dB/dec,則對應(yīng)的相角為-90。中頻段幅頻特性在c處的斜率,對系統(tǒng)的相穩(wěn)裕量有很大的影響,為保證相穩(wěn)裕量0,中頻段斜率應(yīng)取-20dB/dec,而且應(yīng)占有一定的頻域?qū)挾取?2)中頻段特性與系統(tǒng)的動態(tài)性能系統(tǒng)開環(huán)中頻段的頻域指標c和反映了閉環(huán)系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的穩(wěn)定性和快速性ts。由開環(huán)中頻段特性可分析對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。中頻段斜率為-20dB/dec。假設(shè)L()曲線中頻段斜率為-20dB/dec,而且有較寬的頻率區(qū)域,其對應(yīng)的開環(huán)傳遞函數(shù)可近似為,若系統(tǒng)為單位負反饋系統(tǒng),則閉環(huán)傳遞函數(shù)為,式中,T=1/c為時間常數(shù)。,(2)中頻段斜率為-40dB/dec。設(shè)L()中頻段斜率為-40dB/dec,則對應(yīng)的開環(huán)傳遞函數(shù)可近似為,其閉環(huán)傳遞函數(shù)為,結(jié)論:中頻段斜率小于-40dB/dec時,閉環(huán)系統(tǒng)難以穩(wěn)定。因此,通常中頻段斜率取-20dB/dec,可以獲得較好的穩(wěn)定性,依靠提高穿越頻率c,獲得較好的快速性。,高頻段通常是指L()曲線在10c以后的區(qū)域。L()的漸近線的斜率在-60dB/dec及以下(如-80dB/dec)。由于高頻段環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率很高,因此,對應(yīng)環(huán)節(jié)的時間常數(shù)都很小,而且隨著L()線的下降,其分貝數(shù)很低,所以對系統(tǒng)的動態(tài)性能影響不是很大。在高頻段,通常有L()0,即|GK(j)|1,所以,其閉環(huán)幅頻特性近似等于開環(huán)幅頻特性。,結(jié)論:高頻段對數(shù)幅頻特性L()線的高低反映了系統(tǒng)抗高頻干擾的能力。L()線越低,系統(tǒng)的抗高頻干擾的能力越強,即高頻衰減能力強。,低頻段的斜率要陡,增益要大,則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度高。如系統(tǒng)要達到二階無穩(wěn)態(tài)誤差,則L()線低頻段斜率應(yīng)為-40dB/dec。,要提高系統(tǒng)的快速性,則應(yīng)提高穿越頻率c。,結(jié)論:設(shè)計一個合理的控制系統(tǒng)有如下要求,高頻段的斜率要比低頻段的斜率還要陡,且L()0,以提高系統(tǒng)抑制高頻干擾的能力。,中頻段以斜率-20dB/dec穿越0dB線,且具有一定中頻帶寬,則系統(tǒng)動態(tài)性能好。,P73頁:表3-4典型輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差和誤差系數(shù)表,結(jié)論:在相同輸入信號情況下,增大系統(tǒng)型別,可以改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。增大開環(huán)放大系數(shù)K,可以減少系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。,- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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